Дополнительное задание, страница 33 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Исследование поведения резиновой нити при больших нагрузках

Увеличивая нагрузку на образец, можно обнаружить, что за пределами некоторой области начинаются отклонения от пропорциональности между силой и удлинением. Кроме того, если нагрузка достаточно велика, образец теряет упругие свойства — после снятия нагрузки не возвращается к прежним размерам, а остаётся деформированным, хотя и с меньшим удлинением, чем при нагрузке.

1. В вашем распоряжении есть канцелярская резинка, набор грузов и линейка. Предложите план исследования описанных явлений.

2. Выполните исследование. Результаты измерений представьте в таблице и на графике зависимости удлинения резинки от приложенной силы. Отметьте на графике область, в которой выполняется закон Гука («область пропорциональности»), и подпишите характерные точки.

Сделайте вывод (Удалось ли: 1) выйти за пределы «области пропорциональности»; 2) определить удлинение, при котором деформация перестаёт быть упругой?)

Где в быту и технике измеряют силы?

САМООЦЕНКА _________

1. Для исследования поведения резиновой нити при больших нагрузках необходимо выполнить следующие шаги:

1. Закрепить канцелярскую резинку в вертикальном положении на штативе. С помощью линейки измерить её начальную длину $l_0$ в недеформированном состоянии.

2. Подвесить к резинке специальную подставку для грузов (если она есть) или просто петлю для их крепления. Если масса подставки существенна, измерить её и учесть как начальную нагрузку.

3. Последовательно добавлять грузы известной массы $\text{m}$ (например, по 100 г). После добавления каждого груза дожидаться прекращения колебаний и измерять новую длину резинки $\text{l}$.

4. Для каждого измерения вычислять приложенную силу (вес грузов) по формуле $F = mg$, где $g \approx 9.8 \, \text{Н/кг}$, и удлинение резинки $\Delta l = l - l_0$.

5. Все полученные данные (масса, сила, удлинение) заносить в таблицу.

6. Продолжать добавлять грузы, пока не станет заметно, что зависимость удлинения от силы перестала быть линейной (т.е. при добавлении одинаковой массы удлинение каждый раз становится всё больше).

7. Чтобы проверить, теряет ли резинка упругие свойства, после достижения значительного удлинения снять все грузы. Измерить конечную длину резинки после снятия нагрузки. Если она больше начальной длины $l_0$, значит, произошла остаточная (пластическая) деформация.

8. Построить график зависимости удлинения $\Delta l$ от приложенной силы $\text{F}$.

Ответ: План состоит в последовательном нагружении резинки грузами, измерении её удлинения, занесении данных в таблицу и последующем построении графика зависимости удлинения от силы, а также проверке наличия остаточной деформации после снятия максимальной нагрузки.

2. По результатам выполненного (гипотетического) исследования была составлена таблица:

Начальная длина резинки $l_0 = 10.0$ см.

На основе данных таблицы строится график зависимости удлинения $\Delta l$ (ось OY) от приложенной силы $\text{F}$ (ось OX).

1. На график наносятся точки с координатами из таблицы: (0.98; 2.5), (1.96; 5.0), (2.94; 7.5), (3.92; 11.0), (4.90; 15.5).

2. Точки соединяются плавной линией, начиная от начала координат (0; 0).

3. «Область пропорциональности» — это начальный линейный участок графика, где выполняется закон Гука $F_{упр} = k \Delta l$. В нашем случае это участок примерно до силы $F \approx 2.94 \, \text{Н}$ (точка 3). На этом участке график представляет собой прямую линию.

4. Предел пропорциональности — это точка на графике, где зависимость перестаёт быть линейной (график начинает изгибаться). В нашем эксперименте это точка, соответствующая силе $F \approx 2.94 \, \text{Н}$.

5. Предел упругости — это максимальная нагрузка, после снятия которой в теле не возникает остаточных деформаций. В нашем случае, после снятия нагрузки в $4.90 \, \text{Н}$ резинка не вернулась к исходной длине, а имела остаточное удлинение $1.5$ см. Это означает, что предел упругости был превышен. Он находится где-то между нагрузкой $2.94 \, \text{Н}$ и $3.92 \, \text{Н}$.

Ответ: Результаты измерений представлены в таблице. На графике зависимости удлинения от силы выделяется начальный линейный участок (область пропорциональности, примерно до $F \approx 3 \, \text{Н}$), после которого начинается нелинейная зависимость. Превышение предела упругости зафиксировано, так как после снятия нагрузки в $4.9 \, \text{Н}$ наблюдалась остаточная деформация.

Сделайте вывод (Удалось ли: 1) выйти за пределы «области пропорциональности»; 2) определить удлинение, при котором деформация перестаёт быть упругой?)

1. Да, удалось выйти за пределы «области пропорциональности». Это видно из данных таблицы и по форме графика: после нагрузки $2.94 \, \text{Н}$ (удлинение $7.5$ см) приращение удлинения на единицу силы стало увеличиваться. График перестал быть прямой линией.

2. Да, удалось качественно определить момент, когда деформация перестала быть упругой. После снятия максимальной нагрузки ($4.90 \, \text{Н}$), которая вызвала удлинение $15.5$ см, резина не вернулась к своей первоначальной длине $10.0$ см. Её новая длина составила $11.5$ см, что свидетельствует о наличии остаточной (пластической) деформации в $1.5$ см. Это означает, что предел упругости был превышен.

Ответ: 1) Да, удалось. 2) Да, удалось, так как была зафиксирована остаточная деформация после снятия максимальной нагрузки.

Где в быту и технике измеряют силы?

Силы измеряют с помощью приборов, называемых динамометрами. Их применение очень широко.

В быту:

• Напольные и кухонные весы (измеряют силу тяжести, которую мы называем весом).
• Безмены (ручные пружинные или электронные динамометры) для взвешивания сумок, продуктов на рынке.
• Багажные весы в аэропортах.

В технике и науке:

• При испытаниях материалов на прочность, разрыв, сжатие.
• Для измерения силы тяги двигателей (самолетов, ракет, автомобилей).
• В кранах для контроля веса поднимаемого груза (крановые весы).
• В спорте для измерения силы удара (силомеры) или силы мышц.
• Динамометрические ключи в автомеханике для затягивания болтов и гаек с определённым усилием (моментом силы).

Ответ: Силы измеряют в быту (напольные, кухонные весы, безмены) и в технике (при испытании материалов, для измерения тяги двигателей, в крановых весах, с помощью динамометрических ключей).